鄂海清（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東廣州510507）

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高速公路PHC管樁軟基處理病害現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)探究

鄂海清
（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東廣州510507）

摘要：采用管樁內(nèi)鉆孔、孔內(nèi)攝像和物理探測(cè)等方法，聯(lián)合檢測(cè)查找高速公路PHC管樁處理軟基現(xiàn)場(chǎng)病害出現(xiàn)原因，保證管樁軟基處理滿足設(shè)計(jì)要求，確保工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高速公路；PHC管樁；軟基處理；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

1 概述

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（簡(jiǎn)稱PHC管樁），是采用先張預(yù)應(yīng)力離心成型的一種空心圓筒型混疑土預(yù)制構(gòu)件。PHC管樁單樁承載力高、施工方便，對(duì)提高地基承載力和減少公路工后沉降有顯著效果。

近年來高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，項(xiàng)目建設(shè)周期短，為減少軟土路基處理及堆載預(yù)壓時(shí)間，PHC管樁已廣泛應(yīng)用于高速公路軟基處理中。目前，對(duì)于PHC管樁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要是樁徑、壁厚、樁身完整性、垂直度和單樁豎向承載力等項(xiàng)目。對(duì)于施工完成后的管樁樁身完整性及有效長(zhǎng)度，常常因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)施工控制不到位導(dǎo)致管樁內(nèi)填滿泥土或雜物而難以檢測(cè)，雖然可以通過載荷原位試驗(yàn)檢測(cè)單樁豎向承載力，但畢竟檢測(cè)比例和數(shù)量有限，大面積檢測(cè)費(fèi)用較高。特別是PHC管樁軟基處理路段出現(xiàn)病害后，為查清病害出現(xiàn)原因，對(duì)PHC管樁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法的可行性、便捷性及可靠性就顯得尤為重要。

本文結(jié)合某在建高速公路工程項(xiàng)目，在采用PHC管樁進(jìn)行軟基處理后，路基出現(xiàn)開裂，PHC管樁單樁豎向載荷試驗(yàn)檢測(cè)單樁極限承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求值后，在現(xiàn)場(chǎng)采用管樁內(nèi)鉆孔、孔內(nèi)攝像和物理探測(cè)法（單孔地震法及管波探測(cè)法）檢測(cè)已施工管樁的樁身完整性及有效長(zhǎng)度，為病害處理提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證軟基處理的效果及工程的完全性和耐久性。

2 PHC管樁軟基處理概況

某高速公路K30+900～K30+950軟基路段，路堤平均填土高度約4.2 m。采用PHC管樁進(jìn)行處理，場(chǎng)地軟土地層參數(shù)如表1所示。管樁外直徑300 mm，壁厚7 cm，正方形布置，間距2.4 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)24 m，管樁采用2根焊接的方式達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，樁端持力層為細(xì)砂層。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）和靜力觸探測(cè)試的地層參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算得到的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，如表2所示。

表1　場(chǎng)地軟土地質(zhì)資料

表2　單樁豎向極限承載力計(jì)算值

2 現(xiàn)場(chǎng)病害情況

2014年9月，軟基監(jiān)測(cè)單位在K30+900斷面布設(shè)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2014年10月初開始填土，截至2015年7月3日，該斷面累計(jì)填高2.8 m，累計(jì)沉降250 mm，填土期間最大沉降速率5 mm/d，填土間歇期最大沉降速率3 mm/d；累計(jì)側(cè)向位移29.1 mm，最大側(cè)向位移速率為0.15 mm/d。2014年12月中旬，在路基填筑施工至2.8 m高度時(shí)，出現(xiàn)縱向裂縫，2015年6月底，出現(xiàn)橫向裂縫，且路基出現(xiàn)明顯的差異沉降。

3 現(xiàn)場(chǎng)垂直度、低應(yīng)變及單樁豎向載荷試驗(yàn)檢測(cè)

為了解路基開裂的原因，對(duì)已施工管樁進(jìn)行了垂直度檢測(cè)、低應(yīng)變檢測(cè)和單樁豎向載荷試驗(yàn)。

3.1 垂直度檢測(cè)

在載荷試驗(yàn)前后，分別對(duì)3根管樁進(jìn)行了垂直度檢測(cè)，如表3所示。

表3　載荷前后垂直度檢測(cè)對(duì)比

表3表明，管樁垂直度不滿足設(shè)計(jì)不大于1%的要求。載荷試驗(yàn)前、后兩次測(cè)得的管樁傾斜率相近，載荷試驗(yàn)對(duì)管樁垂直度的影響較小。

3.2 低應(yīng)變檢測(cè)

在載荷試驗(yàn)前后，分別對(duì)3根管樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)（切除樁帽影響長(zhǎng)度1 m），如圖1和表4所示。

圖1和表4表明，K30+905處管樁在10.2 m和5.7 m處分別存在明顯缺陷和輕微缺陷，管樁12 m以下部分測(cè)試效果不明顯，初步分析管樁接頭影響了波的傳遞，檢測(cè)效果不理想，無法精確確定管樁長(zhǎng)度。管樁在載荷試驗(yàn)前、后低應(yīng)變成果圖幾乎沒有變化，載荷試驗(yàn)對(duì)管樁完整性影響較小。

表4　載荷前低應(yīng)變檢測(cè)成果

3.3 單樁豎向載荷試驗(yàn)

在該路段選取3根管樁進(jìn)行單樁豎向載荷試驗(yàn)，如表5所示。

表5　單樁載荷試驗(yàn)成果

圖1　管樁低應(yīng)變檢測(cè)波形

表5表明，K30+905位置管樁極限承載力不超過200 kN，不滿足設(shè)計(jì)要求。

以上檢測(cè)結(jié)果初步確定，路基出現(xiàn)縱橫向裂縫，主要是由于管樁施工長(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求造成，一是施工樁長(zhǎng)不足，二是斷樁造成有效樁長(zhǎng)不足。但已施工樁體有效長(zhǎng)度仍不能精確掌握。

4 現(xiàn)場(chǎng)管樁內(nèi)鉆孔、孔內(nèi)攝像及物理探測(cè)檢測(cè)

根據(jù)管樁垂直度、低應(yīng)變及單樁豎向載荷試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果，僅確定了管樁存在缺陷，管樁單樁承載力不足是由于管樁的缺陷或長(zhǎng)度不足造成，但管樁有效長(zhǎng)度仍無法精確確定。為進(jìn)一步確定該處管樁的有效長(zhǎng)度，對(duì)該處已施工管樁進(jìn)行管樁內(nèi)鉆孔、孔內(nèi)攝像及物理探測(cè)的檢測(cè)。

4.1 管樁內(nèi)鉆孔檢測(cè)

在編號(hào)為“1#”、“2#”、“3#”管樁內(nèi)進(jìn)行鉆探，探查管樁有效長(zhǎng)度并穿透設(shè)計(jì)樁底土層，探明設(shè)計(jì)管樁樁底持力層的工程地質(zhì)特征。

現(xiàn)場(chǎng)查勘發(fā)現(xiàn)管樁2#已出現(xiàn)大角度傾斜，無法進(jìn)行鉆探，實(shí)際完成了編號(hào)為1#、3#的管樁內(nèi)鉆探工作。并在1#外側(cè)3 m處進(jìn)行了常規(guī)工程地質(zhì)鉆探，完成鉆孔1#-1。鉆孔地質(zhì)柱狀圖，如圖2所示。

在鉆孔3#的鉆探過程中，鉆進(jìn)至深度8 m附近出現(xiàn)鉆機(jī)循環(huán)泥漿從管樁口周圍涌出的情況，推測(cè)該樁在8 m或其上的深度存在較大的裂縫或斷口。

鉆孔1#、鉆孔3#在設(shè)計(jì)管樁深度（24 m）之內(nèi)均鉆遇較多的原狀土層（分別為15.10 m及15.30 m）。鉆探至管樁樁底深度未鉆遇管靴，初步判定在15.1～15.3 m以下無管樁。

圖2　管樁內(nèi)鉆孔地質(zhì)柱狀圖

4.2 管樁內(nèi)孔內(nèi)攝像檢測(cè)

在管樁內(nèi)鉆孔1#、3#內(nèi)進(jìn)行了多次孔內(nèi)攝像、錄像工作。在鉆孔1#的攝像過程中，在深度約11.60 m處可見類似管樁端口的影像。11.60～20.00 m見淤泥質(zhì)土夾砂層的影像，約20.00 m之下見類似灰黃色砂層的影像，如圖3所示。

圖3　管樁內(nèi)鉆孔孔內(nèi)錄像截圖

根據(jù)管樁內(nèi)鉆孔攝像、錄像成果，推測(cè)鉆孔1#管樁長(zhǎng)度約為11.50～11.60 m，之下為淤泥、砂層等土層；鉆孔3#管樁長(zhǎng)度不大于8 m。

4.3 物理探測(cè)

在管樁內(nèi)鉆孔1#、3#內(nèi)進(jìn)行了單孔地震法、管波探測(cè)法等物探工作。

4.3.1 單孔地震法

根據(jù)圖4，1#管樁在11.50 m處有一明顯波速拐點(diǎn)，拐點(diǎn)以上沿樁混凝土直達(dá)波平均縱波波速為4 560 m/s，拐點(diǎn)下方沿土層直達(dá)波平均縱波波速急劇下降到1 300 m/s；且直達(dá)波能量迅速下降，頻率變低。由此拐點(diǎn)計(jì)算該樁樁長(zhǎng)為11.45 m。

3#管樁在6.25 m處有一明顯波速拐點(diǎn)，拐點(diǎn)以上沿樁混凝土直達(dá)波平均縱波波速為4 560 m/ s，拐點(diǎn)下方沿土層直達(dá)波平均縱波波速急劇下降到1 300 m/s；且直達(dá)波能量迅速下降，頻率變低。由此拐點(diǎn)計(jì)算該樁樁長(zhǎng)為6.24 m。

圖4　單孔地震法成果圖

4.3.2 管波探測(cè)法

根據(jù)圖5，1#管樁樁底深度為11.3 m，11.3～13.7 m及15.6～16.6 m段管波直達(dá)波無能量，推測(cè)該段土層以流塑至軟塑狀為主；13.7～15.6 m及16.6～21.5 m段可見微弱管波直達(dá)波，推測(cè)該段土層以硬塑中密狀為主。

3#管樁樁底深度為6.0 m，6.0～16.1 m段管波直達(dá)波無能量，推測(cè)該段土層以流塑至軟塑狀為主；16.1～19.5 m段可見微弱管波直達(dá)波，推測(cè)該段土層以硬塑中密狀為主。根據(jù)管波探測(cè)法成果1#樁樁長(zhǎng)為11.30 m，3#樁樁長(zhǎng)為6.00 m。

兩種物探結(jié)果差異不大，存在的差異主要是物探測(cè)試時(shí)空間采樣率不一致引起，單孔地震法探測(cè)間距為0.25 m，而管波探測(cè)法的探測(cè)間距為0.1 m。

綜合管樁內(nèi)鉆孔地質(zhì)柱狀圖、孔內(nèi)攝像、物探等多手段檢測(cè)成果，對(duì)管樁有效長(zhǎng)度及巖土層情況作如下判斷：

（1）1#管樁、3#管樁長(zhǎng)度分別約為11.60 m和 6.0 m。

（2）1#管樁、3#管樁孔內(nèi)攝像、物探成果反映的地層情況與鉆孔1#、3#地質(zhì)柱狀圖基本相符。1#管樁、3#管樁淤泥層層底深度分別約為19.80 m 及16.20 m，與設(shè)計(jì)參照地層情況基本相符。

綜上所述，該軟基路段出現(xiàn)縱橫向裂縫，主要是由于管樁施工長(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求造成，一是施工樁長(zhǎng)不足，二是斷樁造成有效樁長(zhǎng)不足。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）高速公路PHC管樁處理軟基病害，通過垂直度、低應(yīng)變和單樁豎向載荷試驗(yàn)等檢測(cè)可以確定已施工管樁是否滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）通過管樁內(nèi)鉆孔、孔內(nèi)攝像、物探等檢測(cè)方法，可以相對(duì)精確的檢測(cè)已施工管樁的長(zhǎng)度，并校驗(yàn)設(shè)計(jì)參照地層情況，為查明PHC管樁處理軟基現(xiàn)場(chǎng)病害提供了可行、有效、精確的檢測(cè)方法，為下一步病害處理提供了可靠的基礎(chǔ)資料。

圖5　管波探測(cè)法成果圖

參考文獻(xiàn)：

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研究方向：道路設(shè)計(jì)和軟基處理

中圖分類號(hào)：U416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-8496-（2016）-01-0009-06

收稿日期：2015-12-30

作者簡(jiǎn)介：鄂海清（1983-），男，工程師，碩士

On-site Detection of PHC Piles in Soft Soil Foundation Treatment of Highway

E Hai-qing
（Guangdong Province Communication Planning&Design Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 501507，China）

Abstract:This paper explores how to ensure the soft soil foundation treatment of pile to meet the design requirements，and the quality of the project.by employing the drilling in the pile，video monitor in the hole and physical exploration method，combined with detection the diseases cause of highway PHC pile in soft soil foundation treatment. Key words:highway；PHC piles；soft soil foundation treatment；field detection